Stabilitatea și dispersabilitatea șlamului de baterie au un impact important asupra proprietăților electrozilor și produselor finite ale bateriilor. Deci, cum se caracterizează stabilitatea și dispersibilitatea șlamului bateriei?
Metoda de caracterizare a stabilității șlamului bateriei
1. Metoda conținutului solid
Metoda de testare a conținutului solid este o metodă ieftină și ușor de testat. Principiul său este de a plasa suspensia într-un recipient și de a preleva probe în același loc la intervale regulate pentru a testa și analiza conținutul solid. Judecând diferența de conținut solid, stabilitatea șlamului bateriei cu litiu poate fi apreciată pentru a vedea dacă există sedimentare, stratificare și alte fenomene.
2. Metoda vâscozității
Metoda de testare a vâscozității poate reflecta, de asemenea, stabilitatea suspensiei. Principiul său este de a plasa suspensia într-un recipient și de a testa vâscozitatea la intervale regulate. Stabilitatea suspensiei poate fi judecată după modificarea vâscozității.
3. Analizor de stabilitate
Utilizarea analizorului de stabilitate poate vorbi cu date. De exemplu, Sung et al. a folosit un analizor de stabilitate pentru a monitoriza modificările transmisiei luminii ale diferitelor suspensii de pH folosind PAA ca liant în decurs de 12 ore. Valorile inițiale ale transmisiei luminii și ale modificării 12-orelor ale șlamului neutru au fost mai mici. Deoarece materialele de negru de fum au absorbție a luminii, transmisia mai mică a luminii indică o dispersie mai bună a particulelor de negru de fum, iar micro-aglomeratele mai mici au suprafețe specifice mai mari, îmbunătățind astfel eficiența absorbției luminii. În același timp, modificarea mică a transmisiei luminii a suspensiei în decurs de 12 ore indică faptul că suspensia are o bună stabilitate de dispersie în timpul procesului static, așa cum se arată în figura de mai jos.
4. Caracterizarea potenţialului Zeta
Potențialul zeta se referă la potențialul planului de forfecare, cunoscut și sub denumirea de potențial electrocinetic sau forță electromotoare, și este un indicator important pentru caracterizarea stabilității dispersiilor coloidale. Cu cât moleculele sau particulele dispersate sunt mai mici, cu atât valoarea absolută a potențialului Zeta (pozitiv sau negativ) este mai mare și sistemul este mai stabil, adică dizolvarea sau dispersia poate rezista agregării. Invers, cu cat potentialul Zeta (pozitiv sau negativ) este mai mic, cu atat are tendinta de a coagula sau agrega mai mult, adica atractia depaseste repulsia, dispersia este distrusa si are loc coagularea sau agregarea.
Metoda de caracterizare a dispersării nămolului de baterie
1. Finete
Finețea este un indicator important de performanță al nămolului de baterie, care poate reflecta informații precum dimensiunea particulelor nămolului și dispersia. Valoarea fineței poate fi utilizată pentru a înțelege dacă particulele din suspensie sunt dispersate și dacă aglomeratele sunt deaglomerate.
2. Impedanța membranei
Suspensia bateriei cu litiu este un sistem mixt solid-lichid format prin dispersarea materialelor active ale electrozilor și a agenților conductivi într-o soluție de liant. Conform principiului testului de impedanță a membranei cu patru sonde, este testată impedanța membranei în suspensie. Starea de distribuție a agentului conductiv în suspensie poate fi analizată cantitativ prin rezistivitate pentru a aprecia efectul de dispersie a suspensiei. Procesul de testare specific este: utilizați un aplicator de film pentru a acoperi uniform suspensia pe filmul izolator, apoi încălziți și uscați-l, măsurați grosimea stratului de acoperire după uscare, tăiați proba și dimensiunea îndeplinește cerințele infinite. În cele din urmă, utilizați patru sonde pentru a măsura impedanța membranei electrodului și a calcula rezistivitatea pe baza grosimii.
3. Microscopia electronică cu scanare/analiza spectrului energetic/microscopie crio-electronică
Microscopia electronică cu scanare (SEM) poate fi utilizată pentru a observa direct morfologia șlamului bateriei și pentru a coopera cu analiza spectrului de energie (EDS) pentru a analiza dispersia fiecărei componente. Cu toate acestea, la prepararea probelor, uscarea suspensiei în timpul acestui proces poate provoca redistribuirea propriilor componente. Microscopia crio-electronică (Cryo-SEM) poate menține starea inițială de distribuție a componentelor nămolului, așa că a început recent să fie utilizată în analiza proprietăților nămolului.
4. Imagistica CT cu electrozi
Imagistica CT cu electrod poate observa direct starea de dispersie a particulelor din electrod. După cum se arată în figura următoare, există mai multe particule mari aglomerate în electrodul din figura a, particulele aglomerate din electrodul din figura b sunt reduse semnificativ și aproape că nu există particule mari aglomerate în electrodul din figura c.
5. Tehnologia de măsurare a difracției cu laser
Tehnologia de măsurare a difracției cu laser folosește teoria împrăștierii Fresnel și teoria Fraunhofer pentru a obține dimensiunea și distribuția particulelor. Analizorul laser de dimensiunea particulelor bazat pe această tehnologie are o precizie ridicată de măsurare, o repetabilitate bună și un timp scurt de măsurare. A fost utilizat pe scară largă în fabricile de baterii pentru a testa dimensiunea particulelor de suspensie din baterii.
6. Metoda de analiză prin spectroscopie de impedanță electrochimică
De exemplu, Wang și colab. a folosit metoda de analiză prin spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) pentru a analiza direct spectrul de impedanță al șlamului lichid și a obținut caracteristicile electrochimice ale șlamului la diferite concentrații de particule. Și prin rezultatele potrivirii spectrului de impedanță, a fost stabilită o metodă de evaluare a structurii de distribuție internă a particulelor a șlamului de electrod pe baza modelului de circuit echivalent cu parametri, care a oferit o nouă idee pentru măsurarea online și evaluarea online a structurii interne neuniforme. a șlamului bateriei litiu-ion. Principiul testului EIS este prezentat în figură.
Metode de caracterizare atât a stabilității nămolului, cât și a dispersabilității
1. Reometru
(1) Test de viscoelasticitate
The viscoelastic characteristics of the slurry are characterized by the relative valuesof the storage modulus (G′) and the loss modulus (G″). The storage modulus G′, also known as the elastic modulus, represents the capacity stored when the slurry undergoes reversible elastic deformation and is a measure of the elastic deformation of the slurry. The loss modulus G″, also known as the viscous modulus, represents the energy consumed when the slurry undergoes irreversible deformation and is a measure of the viscous deformation of the slurry. In the frequency scan, based on the relative size of G′and G″and evaluating the sensitivity of G′to the angular frequency, it is possible to reflect whether the slurry is in a fluid state or a solid-like state. In the low-frequency range, G′>G″și cu cât diferența este mai mare, cu atât stabilitatea suspensiei este mai bună. După cum se arată în figura de mai jos, stabilitatea șlamului de grafit natural este mai bună decât a șlamului de grafit sintetic.
(2) Modificări ale vâscozității cu viteza de forfecare
Vâscozitatea nămolului se modifică de obicei cu viteza de forfecare. Când există un comportament de subțiere prin forfecare, există aglomerate moi în suspensie care sunt ușor distruse de solicitarea de forfecare. Dimpotrivă, prezența îngroșării prin forfecare indică de obicei că există particule dure agregate în suspensie. În general, nămolurile cu viteze mai rapide de subțiere prin forfecare tind să aibă o dispersibilitate mai bună, ignorând distrugerea liantului prin forța de forfecare. După cum se arată în figura de mai jos, suspensia reprezentată de cercul gol are o dispersibilitate mai bună decât celelalte două suspensii.
(3) Testul de rezistență la randament
Limita de curgere în reologie este definită ca efortul aplicat la care deformarea plastică ireversibilă este observată pentru prima dată pe eșantion. Teoretic, limita de curgere este tensiunea minimă necesară pentru inițierea curgerii. Analiza randamentului este importantă pentru toate fluidele structurate complexe. Ajută la o mai bună înțelegere a performanței produsului, cum ar fi durata de valabilitate și stabilitatea împotriva sedimentării sau separării fazelor. Există o varietate de metode reologice care pot fi utilizate pentru a determina tensiunea de curgere. Figura de mai jos prezintă analiza efortului de curgere utilizând metoda de reducere a curgerii de forfecare. Din rezultatele testelor, se poate observa că la viteze de forfecare moderate, efortul de forfecare scade pe măsură ce scade viteza de forfecare. Cu toate acestea, atunci când viteza de forfecare este redusă în continuare, curba tensiunii atinge un nivel stabil și este independentă de viteză. Această valoare stabilă a tensiunii se numește punct de curgere. În același timp, curba măsurată de „vâscozitate aparentă” devine infinită și are o relație liniară cu viteza de forfecare atunci când panta este -1.
Deoarece grafitul sintetic are o dimensiune mai mare a particulei și o formă mai neregulată a particulei, suspensia prezintă o tensiune de curgere mai mică și o structură de rețea mai slabă. Prin urmare, această probă de suspensie de grafit sintetic va fi mai susceptibilă la sedimentare și separarea fazelor. Sedimentarea nămolului poate duce la distribuția neuniformă a materialelor active pe electrod, reducând astfel performanța bateriei.
(4) Tixotropie
După acoperire, nămolul bateriei se va nivela sub acțiunea gravitației și a tensiunii superficiale asupra colectorului de curent. În intervalul de viteză scăzută de forfecare, se speră că vâscozitatea va reveni treptat la vâscozitatea ridicată înainte de acoperire. Înainte de a reveni la vâscozitatea ridicată, vâscozitatea suspensiei este încă relativ scăzută, ușor de nivelat, iar suprafața de acoperire este netedă și uniformă ca grosime. Timpul de recuperare nu trebuie să fie prea lung sau prea scurt. Dacă timpul de recuperare este prea lung, vâscozitatea suspensiei va fi prea scăzută în timpul procesului de nivelare și este ușor să aveți reziduuri sau grosimea marginii inferioare este mai mare decât grosimea stratului superior. Dacă timpul este prea scurt, suspensia nu va avea timp să se niveleze.
2. Contor de rezistență a șlamului
Parametrul de rezistivitate a nămolului are o corelație semnificativă cu formula șlamului, tipul și conținutul de agent conductor, tipul și conținutul de liant etc. După ce suspensia este agitată și lăsată să stea o perioadă de timp, sedimentarea gelului poate apar, iar valoarea rezistivității va indica, de asemenea, diferite grade de modificare. Prin urmare, rezistivitatea șlamului poate fi utilizată ca metodă de a caracteriza uniformitatea și stabilitatea proprietăților electrice ale șlamului.
Metoda de testare:puneți un anumit volum de suspensie (aproximativ 80 ml) în paharul de sticlă de măsurare, introduceți un stilou cu electrod curat, porniți software-ul, testați schimbarea rezistivității șlamului la trei perechi de electrozi în timp și salvați-l în document.
Parametrii de testare:rezistivitate, temperatura, timp
Formula de calcul:Rezistivitate (Ω*cm):Ρe=U/I * S/L
Caracteristici:
1. Separați liniile de tensiune și curent, eliminați influența inductanței asupra măsurării tensiunii și îmbunătățiți acuratețea detectării rezistivității.
2. Electrodul disc cu diametrul de 10 mm asigură o zonă de contact relativ mare cu proba și reduce eroarea de testare.
3. Modificarea rezistivității la trei poziții în direcția verticală a șlamului în timp poate fi monitorizată în timp real.
Domeniul de măsurare a rezistivității:2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Precizia măsurării rezistivității:±0.5%
